淺析電廠集控設計與運行技術論文
1 電廠集控運行概述
1.1 集散控制系統(tǒng)
集散控制系統(tǒng)(Total Distributed Control System)，以下簡稱DCS系統(tǒng)，是以微處理器為基礎的全分布式控制系統(tǒng)。自20世紀70年代第一套DCS系統(tǒng)問世以來，已經在工業(yè)自動化控制領域獲得了廣泛的應用，遍及冶金、石油化工、紡織、制造和電力等行業(yè)。
該系統(tǒng)的主要特征在于集中管理和分散控制，隨著電子信息技術的發(fā)展，DCS系統(tǒng)向著網絡化、實時化、高集成方向發(fā)展。DCS系統(tǒng)的產品繁多，但從系統(tǒng)組成來看，主要包括通信部分、集中管理與操作部分、分散過程控制部分，三者以通信部分作為紐帶實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
1.2 運行條件
作為電場生產環(huán)節(jié)當中的重要組成部分，要實現(xiàn)DCS系統(tǒng)需要計算技術、通信技術和硬件技術的支持。還需要擁有良好的外部環(huán)節(jié)，包括不斷電的電源系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、集控室以及合理的線路布置。
1.3 系統(tǒng)特點
①標準化、模塊化、通用化。DCS 系統(tǒng)是常規(guī)控制系統(tǒng)的延伸，在軟硬件方面使用模塊化設計，可適應多種不同的生產過程，同時采用大量標準化、通用化的技術，如PC機、PLC、操作平臺等，使系統(tǒng)具有很高的兼容性。②控制能力。DCS 系統(tǒng)當中通過軟件實現(xiàn)控制功能，不僅具備常規(guī)控制系統(tǒng)的控制功能，還可通過優(yōu)化控制算法提高控制能力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。③人機互動。DCS系統(tǒng)使用圖形顯示系統(tǒng)和計算機外設(鍵盤)進行操作，直觀反映現(xiàn)場信息，值班人員可隨時查看任意畫面，同時通過外設鍵入指令，對生產過程進行調整。這種調整具有實時性，實現(xiàn)這一特點的關鍵在于分散過程控制層和通信系統(tǒng)。
2 電廠集控設計
某電廠擬安裝2套發(fā)電機組，其中1號機組汽輪機1臺，鍋爐2臺;2號機組汽輪機1臺，鍋爐1臺。
2.1 系統(tǒng)設計
2.1.1 結構方案。DCS系統(tǒng)的設計應能夠覆蓋擬安裝的2 套發(fā)電機組以及溫度控制、濕度控制、減溫減壓站、公用系統(tǒng)等對象，實現(xiàn)集中遠程控制。系統(tǒng)結構層次以圖1所示為參考，設現(xiàn)場分布過程控制層、集中操作與監(jiān)控層、綜合管理層。組件多組雙CPU冗余服務器，3號鍋爐安裝FSSS(鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng))。2套發(fā)電機組通過控制線纜分別接入6套AS控制站，公共系統(tǒng)等通過現(xiàn)場總線接入AS控制站。接入7組OS控制站、1個歷史站、1個工程師站，以工業(yè)以太網組成網絡通信。
2.1.2 硬件選型
①分布式過程控制層。分布式過程控制層的核心使用西門子S7系列PLC(S7-200/300/400),設置6組冗余控制器分別控制2套機組及公用系統(tǒng)等。鍋爐控制器使用3組CPU417-4H，汽輪機控制器采用2組CPU417-4H，公用系統(tǒng)采用1組CPU417-4H，使用PS407電源，通訊模塊使用CP443-1、SM321、SM322、SM331、SM332 和ET200M等。
②操作管理單元。操作管理單元的工程師站的主要設備為戴爾工業(yè)控制計算機，采用西門子Step7V5.3編程平臺，程序需要具備數(shù)據(jù)采集功能、回路控制功能、連鎖控制功能、流量累計功能等。操作員站的工作平臺統(tǒng)一為戴爾工業(yè)控制計算機，分配6臺計算機控制鍋爐，每臺鍋爐分配2臺，汽輪機和公共系統(tǒng)由剩下的3臺計算機控制并互為冗余，3臺計算之間均可進行數(shù)據(jù)交換。組態(tài)軟件使用WinCC V7.0。
③通信。CPU417-4H為西門子S7-400系列專用高性能中央處理器，帶有2個通信接口：MPI/DP和DP專用接口。MPI接口可建立32個節(jié)點的簡單網絡，數(shù)據(jù)傳輸速率187.5Kbit/s。CPU可以通過通信總線與總線上的節(jié)點以及MPI 上的`節(jié)點建立64 個連接。DP 專用接口為PROFIBUS總線，可實現(xiàn)冗余、分布式自動化組態(tài)，便于使用，可將分布式I/O作為集中式I/O來處理。每個CPU需要對ET200M 從站分配獨立的IP(PROFIBUS-DP 站地址)，配置CP5611TO通訊卡，分配獨立IP。各層級當中的通信網絡為同一個網絡當中的不同網段。線材采用專用DP線，保證通訊質量。
④實現(xiàn)功能。一是主畫面控制。主畫面顯示生產流程當中的各個環(huán)節(jié)檢測值和設備運行情況，按生產流程依次顯示。同時，給每一個控制回路設計獨立控制面板，顯示方式為彈出。用戶可點擊主畫面當中的相應控制鍵進入需要的控制回路，操作員可在該控制面板上進行手動操作、調整參數(shù)等操作。二是顯示歷史曲線。對液位、溫度、流量、壓力等進行歷史曲線顯示。三是報警。若系統(tǒng)當中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會給出提示，提示內容包括軟硬件的故障信息。其中，軟件故障信息包括調節(jié)超時、檢測值超限等用戶自定義的故障;硬件故障則包括通信故障、無法啟動電機等。四是參數(shù)集中顯示。以表格的形式根據(jù)用戶需要集中顯示過程控制當中的重要數(shù)據(jù)，方便用戶了解現(xiàn)場運行情況。五是參數(shù)設置。參數(shù)設置只能在工程師站進行，并且需要相應的控制權限，用于修改重要參數(shù)如PID控制參數(shù)等。六是打印報表。累計班別生產流量，并提供打印功能。
2.2 集控室布置
集控室作為DCS系統(tǒng)的中控室，操作員站、歷史站和工程師站都集中于此，是整個生產環(huán)節(jié)產生的控制信息、監(jiān)控信息的集散地。承擔著生產指揮、調整、操作和監(jiān)控的任務，布置大屏幕、電視監(jiān)控和緊急停車等備用手動操作裝置，方便全電廠的信息交互和展示。整體規(guī)劃，按美觀原則布局。
3 集控運行注意事項
3.1 建立良好的集控運行環(huán)境
DCS在運行當中對外部環(huán)境十分敏感，良好的外部運行環(huán)境對于DCS系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性有著積極的影響。若對外部環(huán)境不重視，可能有如下問題：①電子室溫度控制不到位，極易產生靜電干擾;②電源不穩(wěn)定或接地系統(tǒng)不合理等;③電纜屏蔽措施不到位，易引發(fā)DCS系統(tǒng)誤操作。這些問題應高度重視起來，一旦有故障出現(xiàn)，應及時停機維修，確保系統(tǒng)安全。組建專門的集控室操作組，安排經驗豐富、專業(yè)技術實力強、懂設備的專業(yè)人員負責監(jiān)控DCS的運行情況。集控室應營造成整齊、柔美、明亮、優(yōu)雅的環(huán)境，給予集控室內的工作人員舒適的工作環(huán)境。
3.2 加強設備管理
首先，明確集控運行與生產的界限，劃分設備權責，從制度上清除設備管理死區(qū)、盲區(qū);其次，建立備用通信信道，電廠與集控運行中心間的通信信道、協(xié)議、設備匹配是影響通信安全的主要因素，因此，條件允許的情況下應建立備用通信信道，同時加強通信系統(tǒng)的維護與管理;再者，堅持預防為主、安全生產，不放過設備的任何一點細微變化，實時了解設備動態(tài)，制定應急方案，防患于未然;最后，重視DCS 系統(tǒng)軟硬件的更新維護，軟硬件是DCS 系統(tǒng)的核心組成部分，其良好的運行狀態(tài)是確保DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的保障。
3.3 人員配置管理
技術人才是發(fā)揮先進技術的有效保障，所以電廠DCS系統(tǒng)的運行也需要專業(yè)的人才，確保DCS系統(tǒng)發(fā)揮出最大的效用。其一，權責分明，確保DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行，DCS系統(tǒng)以微處理器為基礎，依靠軟件實現(xiàn)信息交互和分布式控制。因此，不可出現(xiàn)人為的隨意操作，明確操作人員職責，確保軟件、硬件的良好運行狀態(tài)。其二，24h全天候作業(yè)，規(guī)劃好工作人員班次，這是由電廠的生產時間決定的，無論何時集控室都需要留有值班人員。其三，建立長效培訓機制，確保每一名在崗人員均具備相應的專業(yè)素質和技能。
4 結語
DCS系統(tǒng)對于電廠的自動化生產有著十分顯著的促進作用，電力生產管理模式從根本上發(fā)生了改變，使電廠生產管理有了突破式的發(fā)展。因此，本文對DCS系統(tǒng)的設計進行了簡要的探討,突出了DCS系統(tǒng)的基本構成，并總結了該系統(tǒng)的運行條件及注意事項，而其關鍵就在于良好的外部環(huán)境、優(yōu)秀的設備管理以及人員配置管理。穩(wěn)定、可靠的DCS系統(tǒng)，對于電廠發(fā)電機組的正常運行、故障處理和安全啟停有著重要的作用。
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